动态比较器与使用其的电路系统技术方案

本发明专利技术提出一种动态比较器与使用其的电路系统，其包括差动级、切换单元与切换式电荷储存单元。切换式电荷储存单元包括多个开关晶体管与电连接于多个开关晶体管的电荷储存电容，其中于动态比较器自比较状态切换至重置状态，电荷储存电容的第一端或第二端的电压自一半的系统电压上升至系统电压，以借此实现电荷回收。如此，本发明专利技术可以实现动态比较器具有较低的功率消耗与较低的充放电电流。低的功率消耗与较低的充放电电流。低的功率消耗与较低的充放电电流。

【技术实现步骤摘要】
动态比较器与使用其的电路系统


[0001]本专利技术涉及一种动态比较器，且特别是一种可对电荷储存电容进行电荷回收(charge
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recycling)的动态比较器与使用其的电路系统。

技术介绍

[0002]不同于一般比较器，动态比较器被频率信号与反相频率信号所控制，而在不同时间时可被操作于重置状态(reset state)与比较状态(comparison state)。动态比较器具有高速操作与低功率消耗的优点，且能够应用于模拟数字转换器或其他电路中，特别地是应用各类生医电子设备与循续渐近式模拟数字转换器(successive
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approximation register ADC，SAR ADC)中。
[0003]请参照图1，图1是传统动态比较器的电路图。传统动态比较器包括多个晶体管M1至M4、MT、MB、多个电容CP与电荷储存电容CTAIL，且更可以包括闩锁单元(未绘于图1中)。闩锁单元电连接节点FN与FP，以借此输出传统动态比较器的比较结果与反相比较结果。晶体管M1、M2作为差动级(differential amplifier stage)，且晶体管M1、M2的栅极分别接收第一输入信号VIP与第二输入信号VIN，其中第一输入信号VIP与第二输入信号VIN的差异会决定节点FN与FP的电压值。
[0004]于重置状态下，反相频率信号CLK_B为逻辑高准位且频率信号CLK为逻辑低准位，故晶体管MT会被关闭(turned off)，且晶体管M3、M4、MB会被打开(turned on)。因此，反相频率信号CLK_B会对电荷储存电容CTAIL进行充电，使得节点CBOM的电压上升至系统电压DVDD，同时节点CTOP的电压则为接地电压，即电荷储存电容CTAIL的第二端与第一端(即，节点CBOM与CTOP)的电压差为系统电压DVDD。
[0005]接着，在比较状态下，频率信号CLK为逻辑高准位且反相频率信号CLK_B为逻辑低准位，故晶体管MT会被打开，晶体管M3、M4、MB会被关闭。反相频率信号CLK_B为逻辑低准位，而在电荷未重新分配的瞬间，电荷储存电容CTAIL两端的电压差须维持为系统电压DVDD，故于比较状态下，节点CBOM的电压为接地电压，且节点CTOP的电压为负的系统电压DVDD(即，
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DVDD)。因为晶体管MT打开的原因，节点VS的电压实质上等于节点CTOP的电压。其中一个电容CP的电荷会流向节点VS，使得节点VS与节点CTOP的电压由
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DVDD被充电到DVDD/2。因此，电荷储存电容CTAIL的第一端与第二端(即，节点CTOP与CBOM)的电压差为一半的系统电压DVDD(即，DVDD/2)。
[0006]电荷储存电容CTAIL虽然在重置状态下，可被预充电(pre
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charge)至系统电压DVDD。然而，电荷储存电容CTAIL从比较状态切换为重置状态时，电荷储存电容CTAIL的第一端(即，节点CTOP)的电压是从DVDD/2被拉低到接地电压。因此，电荷储存电容CTAIL所储存的电荷(CTAIL*DVDD/2)被浪费，未被回收，此导致了功率的浪费与较大的充放电电流。

技术实现思路

[0007]根据本专利技术的目的，本专利技术实施例提出一种动态比较器，其内部具有第一节点、第
二节点与第三节点，且所述动态比较器包括：差动级，用于接收第一输入信号与第二输入信号，在所述动态比较器于比较状态下，分别输出所述第一输入信号与所述第二输入信号的比较结果与反相比较结果于所述第二节点与所述第一节点；切换单元，通过所述第一节点与所述第二节点电连接所述差动级，在重置状态下，将系统电压提供至所述第一节点与所述第二节点；以及切换式电荷储存单元，通过所述第三节点电连接所述差动级，包括多个开关晶体管与电连接于所述多个开关晶体管的电荷储存电容，其中在所述动态比较器于所述比较状态下，所述切换式电荷储存单元使所述第三节点经由所述电荷储存电容连接至低电压，在所述动态比较器于所述重置状态下，所述第三节点与切换式电荷储存单元断开而未电连接，以及于所述动态比较器自所述比较状态切换至所述重置状态，所述电荷储存电容的第一端或第二端的电压自一半的所述系统电压上升至所述系统电压。
[0008]根据上述技术特征，所述动态比较器更包括：控制单元，电连接所述切换式电荷储存单元，用于接收第一频率信号、第一反相频率信号、第二频率信号与第二反相频率信号，以据此产生多个控制信号控制所述动态比较器操作于所述重置状态或所述比较状态，其中所述第二频率信号的周期为所述第一频率信号的周期的两倍，所述第一反向频率信号为反相的所述第一频率信号，以及所述第二反相频率信号为反相的所述第二频率信号；其中所述切换式电荷储存单元用于接收所述系统电压、多个开关信号、所述第二频率信号与所述第二反相频率信号，其中所述多个开关晶体管受控于所述多个开关信号、所述第二频率信号与所述第二反相频率信号，以在所述动态比较器自所述比较状态切换至所述重置状态，所述电荷储存电容的所述第一端或所述第二端的电压自一半的所述系统电压上升至所述系统电压。
[0009]根据上述技术特征，所述重置状态包括第一重置状态与第二重置状态，所述比较状态包括第一比较状态与第二比较状态；当所述动态比较器自所述第一比较状态切换至所述第二重置状态，所述电荷储存电容的所述第二端的电压自一半的所述系统电压上升至所述系统电压，所述电荷储存电容的所述第一端的电压则维持所述低电压；于所述动态比较器自所述第二比较状态切换至所述第一重置状态，所述电荷储存电容的所述第一端的电压自一半的所述系统电压上升至所述系统电压，所述电荷储存电容的所述第二端的电压则维持所述低电压。
[0010]根据上述技术特征，所述多个开关信号包括第一开关信号、第二开关信号、第三开关信号及第四开关信号，所述多个开关包括第一开关晶体管、第二开关晶体管、第三开关晶体管、第四开关晶体管、第五开关晶体管及第六开关晶体管，其中所述第一开关晶体管、第二开关晶体管、第三开关晶体管、第四开关晶体管、第五开关晶体管及第六开关晶体管的六个栅极分别接收所述第一开关信号、所述第二开关信号、所述第二反相频率信号、所述第二频率信号、所述第三开关信号与所述第四开关信号，所述第一开关晶体管与所述第二开关晶体管的两个漏极电连接所述第三节点，所述第一开关晶体管与所述第二开关晶体管的两个源极分别电连接所述电荷储存电容的所述第一端与所述第二端，所述第四开关晶体管与所述第三开关晶体管的两个漏极分别电连接所述电荷储存电容的所述第一端与所述第二端，所述第四开关晶体管与所述第三开关晶体管的两个源极电连接至所述低电压，所述第五开关晶体管与所述第六开关晶体管的两个源极接收所述系统电压，以及所述第五开关晶体管与所述第六开关晶体管的两个漏极分别电连接所述电荷储存电容的所述第一端与所
述第二端。
[0011]根据上述技术特征，于所述第一重置状态下，所述第三开关晶体管跟所述第五开关晶体管被打开，所述第一开关晶体管、所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动态比较器，其特征在于，其内部具有第一节点、第二节点与第三节点，且所述动态比较器包括：差动级，用于接收第一输入信号与第二输入信号，在所述动态比较器于比较状态下，分别输出所述第一输入信号与所述第二输入信号的比较结果与反相比较结果于所述第二节点与所述第一节点；切换单元，通过所述第一节点与所述第二节点电连接所述差动级，在重置状态下，将系统电压提供至所述第一节点与所述第二节点；以及切换式电荷储存单元，通过所述第三节点电连接所述差动级，包括多个开关晶体管与电连接于所述多个开关晶体管的电荷储存电容，其中在所述动态比较器于所述比较状态下，所述切换式电荷储存单元使所述第三节点经由所述电荷储存电容连接至低电压，在所述动态比较器于所述重置状态下，所述第三节点与切换式电荷储存单元断开而未电连接，以及于所述动态比较器自所述比较状态切换至所述重置状态，所述电荷储存电容的第一端或第二端的电压自一半的所述系统电压上升至所述系统电压。2.如权利要求1所述的动态比较器，其特征在于，所述动态比较器更包括：控制单元，电连接所述切换式电荷储存单元，用于接收第一频率信号、第一反相频率信号、第二频率信号与第二反相频率信号，以据此产生多个控制信号控制所述动态比较器操作于所述重置状态或所述比较状态，其中所述第二频率信号的周期为所述第一频率信号的周期的两倍，所述第一反向频率信号为反相的所述第一频率信号，以及所述第二反相频率信号为反相的所述第二频率信号；其中所述切换式电荷储存单元用于接收所述系统电压、多个开关信号、所述第二频率信号与所述第二反相频率信号，其中所述多个开关晶体管受控于所述多个开关信号、所述第二频率信号与所述第二反相频率信号，以在所述动态比较器自所述比较状态切换至所述重置状态，所述电荷储存电容的所述第一端或所述第二端的电压自一半的所述系统电压上升至所述系统电压。3.如权利要求2所述的动态比较器，其特征在于，其中所述重置状态包括第一重置状态与第二重置状态，所述比较状态包括第一比较状态与第二比较状态；当所述动态比较器自所述第一比较状态切换至所述第二重置状态，所述电荷储存电容的所述第二端的电压自一半的所述系统电压上升至所述系统电压，所述电荷储存电容的所述第一端的电压则维持所述低电压；于所述动态比较器自所述第二比较状态切换至所述第一重置状态，所述电荷储存电容的所述第一端的电压自一半的所述系统电压上升至所述系统电压，所述电荷储存电容的所述第二端的电压则维持所述低电压。4.如权利要求3所述的动态比较器，其特征在于，其中所述多个开关信号包括第一开关信号、第二开关信号、第三开关信号及第四开关信号，所述多个开关包括第一开关晶体管、第二开关晶体管、第三开关晶体管、第四开关晶体管、第五开关晶体管及第六开关晶体管，其中所述第一开关晶体管、第二开关晶体管、第三开关晶体管、第四开关晶体管、第五开关晶体管及第六开关晶体管的六个栅极分别接收所述第一开关信号、所述第二开关信号、所述第二反相频率信号、所述第二频率信号、所述第三开关信号与所述第四开关信号，所述第一开关晶体管与所述第二开关晶体管的两个漏极电连接所述第三节点，所述第一开关晶体管与所述第二开关晶体管的两个源极分别电连接所述电荷储存电容的所述第一端与所述
第二端，所述第四开关晶体管与所述第三开关晶体管的两个漏极分别电连接所述电荷储存电容的所述第一端与所述第二端，所述第四开关晶体管与所述第三开关晶体管的两个源极电连接至所述低电压，所述第五开关晶体管与所述第六开关晶体管的两个源极接收所述系统电压，以及所述第五开关晶体管与所述第六开关晶体管的两个漏极分别电连接所述电荷储存电容的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢仲铭，
申请(专利权)人：新唐科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：